基于建筑能耗模拟（BES）的肉鸡舍室内温湿指数预测：面向夏季热应激管理的回归元模型开发与应用

《Agriculture》：Regression Meta-Model for Predicting Temperature-Humidity Index in Mechanically Ventilated Broiler Houses Using Building Energy Simulation in South Korea Taehwan Ha, Kyeongseok Kwon, Se-Woon Hong and Uk-Hyeon Yeo

本研究针对韩国机械通风肉鸡舍夏季热应激评估难题，开发了基于TRNSYS的BES模型与多元回归元模型，建立室外THI与室内THI的映射关系，验证了外部THI作为核心预测因子的有效性，为农场级热应激预警与设施优化提供量化工具。

　　

随着全球气候变暖加剧，夏季极端高温频发，集约化畜禽养殖面临严峻的热应激挑战。对于快速生长的肉鸡而言，高温高湿环境会显著抑制采食量、降低饲料转化率，甚至引发大规模死亡，造成巨大的经济损失。韩国作为重要的肉鸡生产国，其典型的高温高湿夏季气候使得肉鸡舍内热应激风险尤为突出。然而，传统依靠经验判断或简单温度阈值的管理方式难以精准反映复合热应激效应；而采用高保真度的动态建筑能耗模拟（Building Energy Simulation, BES）虽精度高，但计算复杂、需详尽参数，难以适配实时预警与规模化推广。如何平衡预测精度与实用性，建立快速、可靠的热应激评估方法，成为产业亟待解决的关键问题。

为此，研究团队创新性地提出“BES+回归元模型”的双层架构：首先利用TRNSYS构建经多批次饲养周期实测数据验证的高精度肉鸡舍热环境模型，覆盖韩国16个地区、4种建筑尺寸、4类围护结构传热系数、2种蒸发冷却模式及3种肉鸡体重的3072种组合；进而基于仿真数据集，系统比较三种回归建模策略——条件特定方程、统一整合模型与单变量简化模型，最终确立以室外温湿指数（Temperature-Humidity Index, THI）为核心驱动因子，纳入地理区位、隔热性能、降温运行状态及动物参数的统一元模型，实现从气象预报到舍内热风险的精准映射。

研究采用的技术方法主要包括：（1）基于TRNSYS的模块化BES建模，集成天气文件处理、太阳辐射计算、湿空气热力学求解、蒸发冷却垫传热及多区建筑热质平衡等组件；（2）以实测舍内温湿度及THI为基准，通过均方根误差（RMSE）、变异系数（CVRMSE）、平均偏差误差（MBE）及平均绝对百分比误差（MAPE）完成模型验证；（3）方差分析（ANOVA）结合效应量（η2）识别影响THI指标的关键因素；（4）基于普通最小二乘法的分层回归建模，按7:3划分训练集与测试集评估泛化能力。

3.1. 肉鸡舍设计BES模型的验证结果

对比四轮饲养周期的实测数据，模型对温度、相对湿度及THI的预测均满足国际通用验收标准：温度CVRMSE为2.93%~3.69%，MAPE为2.20%~3.17%；THI的CVRMSE低至1.56%~2.55%，MAPE不足2.00%，无系统性偏差，证实模型可可靠表征机械通风肉鸡舍的热湿动态。

3.2. 影响肉鸡舍热环境的统计因素分析

ANOVA揭示：对于累计超临界THI≥78时长及年最大THI，仅地区站点（p<0.05，η2=0.0461）与冷却条件具统计显著性，而建筑尺寸、墙体传热系数（U值）及肉鸡体重（1.0/1.5/2.0?kg）的影响可忽略。济州岛因海洋性气候湿热特征，累计超标时间最长，属高风险区；蒸发冷却开启可使多数地区峰值THI降低约1个单位，但在最大通风背景下增效有限。

3.3. 机械通风肉鸡舍室内THI的回归元模型构建

探索性分析表明，室外THI相比单独的温度或相对湿度，与室内THI呈强线性关联（R2≈0.98）。三种模型对比显示：统一元模型（Approach 2）在测试集上取得R2=0.978、RMSE=0.660、MAPE=0.674的优秀表现，且极端高温（>33°C）下稳定性优于单变量模型；后者（Approach 3）虽简练（仅室外THI作输入，R2=0.968），但忽略设施差异导致热浪期误差略增。最终推荐统一模型形式：THI_in= β₀+ β₁·THI_out+ Σβ_site+ Σβ_U-value+ β_cooling+ Σβ_weight，兼顾精度与普适性。

本研究的核心结论在于：机械通风肉鸡舍夏季室内THI主要受外部气候与降温操作主导，建筑物理参数与肉鸡体重在常规设计范围内影响甚微。所开发的统一回归元模型以室外THI为枢纽，有效捕捉不同地域、设施与管理条件下的热应激响应规律，将复杂的BES仿真转化为易部署的代数方程。这一成果不仅为农场主提供了基于天气预报的低成本热风险预警工具，支持通风与蒸发冷却的动态决策；也为政策制定者评估区域气候韧性、优化畜舍设计标准提供了量化依据。鉴于模型框架的通用性，未来可扩展至其他畜禽品种或气候区，只需本地化校准参数即可实现跨域应用，推动智慧畜牧业的环境精准管控迈向新台阶。